イオン伝導性高分子を電子移動反応場に用いた固体電気化学

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電気化学系は、電子移動反応を通して、化学エネルギーと電気エネルギーの相互変換の場として、また化学情報と電気信号の相互変換の場として、人工系そして生体系で重要な役割を担っている。この電気化学系を構築するためには電子移動反応場を提供するイオン伝導性の媒体が必要であり、これまで水あるいは有機溶媒等の液体溶液が用いられてきた。しかし近年、固体状態でイオンを高速にかつ選択的に伝導できる高分子の研究が進み、この状況は、急速に変化してきている。本研究は、電子移動反応の場にイオン伝導性高分子を用い、この中に溶解あるいは修飾したレドックス錯体間の、電子移動反応の特徴を明らかにすること、およびこの電子移動反応を酵素センサーの高分子メディエーターとして活用することを目的に進められた。イオン伝導性高分子を用いた電気化学において最も特徴的な点は、被反応種であるレドックス錯体の拡散係数が著しく小さい点であり、レドックス錯体を高分子鎖に修飾して固定化した場合には、その物理的拡散は無視できる。この様に、物理的拡散が著しく抑制された状況では、電気化学反応における電荷輸送過程での均一電子移動反応の重要性が増大する。また、電子移動媒体である高分子は、温度変化や電解質濃度変化によって、そのダイナミックスを大きく変化させる。今年度は、新しいイオン伝導性高分子の開発を図ると同時に、イオン伝導性高分子中にフェロセン、フェノチアジンなどのレドックス錯体を共重合による化学修飾によって導入し、錯体間の均一電子移動反応におよぼす、錯体の濃度、錯体の自己電子交換速度定数(k)、電解質濃度および温度変化によって誘起される高分子鎖のダイナミックス変化の影響を明らかにした。さらに、このフェロセン共重合体が、グルコースオキシダーゼを用いた酵素センサーの高分子メディエーターとして機能し、さらにフェロセンサイト間の迅速な電子移動反応が起きるために、極めて高感度な応答を与えることを見い出した。